Английское колесо

Английское колесо , в Великобритании также известное как колесная машина , представляет собой металлообрабатывающий инструмент, который позволяет мастеру формировать сложные кривые (двойной кривизны) из плоских листов металла, такого как алюминий или сталь . ^[1]^[2]

Описание

Процесс использования английского колеса известен как «колесо» . Панели, производимые таким способом, стоят дорого из-за высококвалифицированного и трудоемкого метода производства, но его ключевым преимуществом является возможность гибкого производства различных панелей на одной и той же машине. Это формовочная машина, которая работает за счет поверхностного растяжения и по своему действию связана с процессами отбивания панелей. Он используется везде, где требуются небольшие объемы составных изогнутых панелей; обычно в кузовостроении , реставрации автомобилей , гоночных автомобилях с пространственными шасси, которые соответствуют нормам, требующим панелей из листового металла, напоминающих автомобили массового производства ( NASCAR ), ^[3]^[4] прототипы автомобилей и компоненты обшивки самолетов. Производство колес в Англии находится на самом высоком уровне при мелкосерийном производстве спортивных автомобилей, особенно когда используется более легко формованный алюминиевый сплав.

Там, где требуются большие объемы производства панелей, колесо заменяется штамповочным прессом , который имеет гораздо более высокие капитальные затраты на установку и более длительное время разработки, чем использование английского колеса, но каждая панель в производственном цикле может быть изготовлена за считанные минуты. секунд. Эти затраты покрываются за счет более крупного производственного цикла, но штамповочный пресс ограничен только одной моделью панели на комплект штампов. Показанная модель английского колеса управляется вручную, но при использовании для обработки более толстых листов металла, например, для корпусов кораблей, машина может иметь привод и быть намного больше, чем показанная здесь.

Строительство

Машина имеет форму большой закрытой буквы «С». На концах буквы C есть два колеса. Колесо наверху называется катящимся , а колесо внизу — наковальней . (В некоторых источниках колеса обозначаются по их положению: верхнее колесо и нижнее колесо .) Колесо с опорой обычно имеет меньший радиус, чем вращающееся колесо. Хотя существуют более крупные машины, катящееся колесо обычно имеет ширину 8 см (3 дюйма) или меньше и диаметр 25 см (10 дюймов) или меньше.

Катящееся (верхнее) колесо имеет плоское поперечное сечение, а опорное (нижнее) колесо — куполообразное.

Глубина С-образной рамы называется горловиной . У самых больших машин размер горла составляет 120 см (48 дюймов), а у машин меньшего размера — около 60 см (24 дюйма). Буква C стоит вертикально и поддерживается рамой. Размер горловины обычно определяет наибольший размер металлического листа , который оператор может разместить в машине и с легкостью работать. На некоторых станках оператор может повернуть верхнее колесо и опору на 90 градусов к раме, чтобы увеличить максимальный размер заготовки. Поскольку машина работает за счет давления между колесами, проходящего через материал, и поскольку это давление меняется по мере того, как материал становится тоньше, нижняя челюсть и опора рамы, удерживающей опорный ролик, являются регулируемыми. Он может перемещаться с помощью гидравлического домкрата на машинах, предназначенных для обработки стальных листов, или с помощью винтового домкрата на машинах, предназначенных для листового металла. По мере того как материал становится тоньше, оператор должен регулировать давление, чтобы компенсировать это.

Каркасные конструкции – наиболее значимый элемент этого простого устройства. По большей части колеса мало изменились с 19 века. Ранние английские машины (в отличие от американских версий), такие как Эдвардс, Кендрик, Браун, Боггс, Ранала и т. д., имели чугунные рамы. Эти колеса, изготовленные в 19 веке, имели металлические подшипники скольжения Бэббита , что затрудняло проталкивание и протягивание металла при работе под высоким давлением. Позже, когда стали использоваться шарикоподшипники, машины стали более подходящими для твердых и толстых материалов, таких как сталь толщиной 1/8 дюйма. Несмотря на преимущества чугуна, его жесткость ( модуль Юнга ) вдвое ниже, чем у стали, и иногда его приходится заменять сталью, когда требуется более жесткая рама. Распространенными конструкциями являются стальные рамы, изготовленные из цельных листов газовой резки, или рамы, изготовленные из вырезанных и сваренных листов. Стальные трубы, как правило, квадратного сечения, использовались для изготовления корпусов колесных машин в течение последних 30 лет, особенно в США, где обработка листового металла стала не только бизнесом, но и хобби. Машины с трубчатой рамой имеют разумную цену и доступны в виде комплектов или могут быть легко собраны по чертежам. Самые жесткие трубчатые рамы имеют полностью треугольные внешние распорки. ферма . Они наиболее эффективны при работе с более тонкими и мягкими материалами, такими как сталь толщиной 20 ga или алюминий толщиной 0,063 дюйма. ^[5] Машины с литой рамой, подобные той, что изображена на фото, все еще доступны.

Правильно оборудованная машина имеет набор опорных колес. Наковальни, подобные тележкам, используемым с молотками при ударе по панелям (которые также известны как наковальни), следует использовать в соответствии с желаемой выпуклостью или кривизной заготовки.

Операция

Оператор машины пропускает листовой металл между опорным колесом и катящимся колесом. Этот процесс растягивает материал и делает его тоньше. Когда материал растягивается, он образует выпуклую поверхность над наковальней. ^[1] Эта поверхность известна как «корона». Поверхность высокой кроны сильно изогнута, поверхность низкой кроны слегка изогнута. Жесткость и прочность поверхности заготовки обеспечивают высокие участки венца. Радиус поверхности после обработки зависит от степени растяжения металла в середине заготовки относительно края заготовки. Если середина слишком сильно растягивается, оператор может восстановить форму, повернув край детали. Переворачивание края имеет такой же эффект при исправлении неправильной формы из-за чрезмерного растяжения в середине, как и усадка непосредственно на чрезмерно растянутой области с использованием термоусадки или усадки по типу Экольда . Это потому, что край удерживает форму на месте. Усадка края перед вращением способствует формированию формы во время вращения и уменьшает количество растягиваний и утончений, необходимых для достижения окончательной формы. Процессы усадки уменьшают площадь поверхности за счет утолщения листового металла. Усадку вручную выполнить сложнее и медленнее, чем растяжение с помощью инструментов для отбивания панелей или вращения колеса, поэтому ее следует использовать только в случае крайней необходимости. Алюминиевый лист должен быть отжигают перед прокаткой, потому что прокатка на стане в процессе производства делает его твердым .

Прочность и жесткость также обеспечивается за счет обработки кромок, такой как отбортовка или проволока, после достижения правильного контура поверхности. Фланец настолько важен для формы готовой поверхности, что некоторые панели можно изготовить путем сжатия и растяжения только фланца, без использования поверхностного растяжения.

Корректирование

Давление площади контакта, которое меняется в зависимости от радиуса купола опорного колеса и давления регулировочного винта, а также количества проходов колеса определяют степень растяжения материала. Некоторые операторы предпочитают регулятор ножки, чтобы они могли поддерживать постоянное давление при разглаживании листового металла различной толщины, оставляя обе руки свободными для манипулирования заготовкой. Этот стиль регулятора также полезен для сглаживания краев более тонких областей с высокой короной и относительно не растянутых областей с низкой короной. Недостаток ножного регулятора заключается в том, что он может мешать очень продольно изогнутым панелям, таким как брызговики велосипедного типа (крылья/ крылья ), используемые на мотоциклах, спортивных автомобилях до Второй мировой войны и современных автомобилях с открытыми колесами, таких как Lotus. / Катерхэм 7 .

Чтобы решить эту проблему, некоторые колесные машины имеют ручной регулятор рядом с опорной вилкой (также известный как держатель колеса), поэтому такие панели могут беспрепятственно изгибаться под ним. Машины этого типа обычно имеют диагональную нижнюю С-образную раму, изгибающуюся ниже к полу, с ручным регулятором, расположенным рядом с держателем опорного колеса, вместо горизонтального и длинного вертикального ручного регулятора, показанного на рисунке выше. Регулятор третьего типа перемещает верхнее колесо вверх и вниз, при этом нижнее опорное колесо остается неподвижным.

Формирование

На каждом этапе изготовления оператор должен постоянно ориентироваться на форму, которую он хочет воспроизвести. Это может включать в себя использование шаблонной бумаги, шаблонов секций (изготовленных из бумаги или тонкого листового металла), станционных баков, формирователей, шаблонов профилей, шаблонов профилей и, конечно же, оригинальной панели. Колесные станки, оснащенные быстроразъемным рычагом, который позволяет оператору отодвинуть упорное колесо от верхнего колеса, чтобы заготовку можно было быстро снять и вставить без потери настройки давления, значительно экономят время на этом этапе процесса. .

Оператор должен обладать кропотливым терпением, чтобы сделать много проходов по участку листа, чтобы правильно сформировать эту область. Они могут выполнять дополнительные проходы с разными колесами и в разных направлениях (например, под углом 90 градусов для простой формы с двойной кривизной), чтобы достичь желаемой формы. Использование правильного давления и соответствующей формы наковальни, а также точной схемы перекрывающихся проходов (или фактического перекрытия с наковальнями с низкой короной) превращает использование машины в нечто вроде искусства. Слишком сильное давление приводит к тому, что деталь становится волнистой, поврежденной и напряженной, а слишком слабое давление приводит к тому, что работа занимает много времени.

Локальное смещение одной части панели может привести к деформации соседних участков. Поднятие или растяжение области приводит к опусканию соседних областей, а исправление этого может повлиять на области, находящиеся дальше от исходной панели. Это связано с тем, что напряжения в панели, вызванные растяжением, влияют на форму панели сильнее, чем можно было бы себе представить. Это означает, что оператор должен работать на большой площади панели, устраняя эти побочные эффекты и одновременно вызывая больше побочных эффектов, которые также необходимо устранить.

Ключом к созданию правильной формы является наличие нужного количества растянутой металлической поверхности на этой более широкой площади. Если это достигнуто, можно «переместить» металл с минимальным дополнительным растяжением, заполняя низкие места металлом из высоких мест. Это сглаживание почти похоже на строгание с умеренным давлением, но оно все же тяжелее, чем при строгании. Это трудоемкий и трудоемкий итеративный процесс, который является одной из самых сложных и требующих навыков частей катания на колесах. По мере увеличения размера панели/секции непропорционально возрастает объем работы и уровень сложности. Это также причина того, что очень большие панели может быть очень сложно сделать, и они изготавливаются по секциям. Панели/секции с высоким венцом, возможно, придется отжигать из-за наклепа металла, что делает его хрупким, непригодным для обработки и склонным к разрушению.

После достижения правильной базовой формы с правильным количеством металла в нужных местах рабочий должен совместить края участков с высоким венцом с участками с низким венцом, чтобы контур поверхности плавно переходил от одного к другому. После этого последний этап обработки включает в себя очень легкое нажимное колесо для выравнивания поверхности и придания ей гладкой и связной формы. На этом этапе металл не растягивается, а перемещается уже растянутый металл, поэтому крайне важно использовать минимальное давление на наковальню и наковальню настолько широкой, насколько это возможно с учетом формы панели.

Обычно только небольшие панели с высоким венцом (например, ремонтные секции) или большие панели с низким венцом (например, крыши) изготавливаются целиком. Для изготовления больших панелей с низкой короной требуются два квалифицированных мастера, которые смогут выдержать вес панели.

Ограничения

Пять ключевых ограничений машины:

Толщина листа, которую может обрабатывать машина
Установка заготовки на глубину «горловины» станка.
Размер заготовки, с которой оператор/ы могут физически справиться
Риск чрезмерного растяжения/утонения слишком большой высокой панели или секции венца.
(Нет смысла иметь правильный контур, если металл слишком тонкий и слабый.)
По мере увеличения размера панели или секции непропорционально возрастает объем выполняемой работы и уровень сложности.

Эти ограничения являются причинами того, почему большие панели с высокой короной, такие как крылья и крылья, часто изготавливаются из множества частей. Затем детали свариваются вместе, как правило, одним из двух процессов. Сварка TIG (инертный газ вольфрама) вызывает меньшие тепловые искажения, но дает более твердый и хрупкий сварной шов, что может вызвать проблемы при строгании /сглаживании вручную или на колесном станке. Кислородно-ацетиленовые сварные соединения не имеют этого недостатка при условии, что им дают остыть до комнатной температуры на воздухе, но вызывают большую тепловую деформацию. Соединения панелей могут быть выполнены с помощью автогенной сварки – то есть сварки без присадочного стержня ( кислородно-ацетиленовый или TIG- процессы). Это полезно при окончательном сглаживании сварных швов, поскольку уменьшает количество необходимых напильников/шлифований/полировок или почти полностью исключает их. Это также, что более важно, уменьшает тепловые искажения контура поверхности, которые необходимо корректировать на круге или с помощью молотка и тележки.

Отделка

Заключительный процесс изготовления панели, после достижения правильного контура поверхности, представляет собой некоторую обработку кромок , например, отбортовку (листовой металл) или окантовку проволокой . Это завершает и укрепляет край. Обычно во фланце слишком много или слишком мало металла, что приводит к тому, что панель теряет форму после поворота фланца, поэтому ее необходимо растянуть или сжать, чтобы исправить форму поверхности. Легче всего это сделать, используя усадку и растяжение Eckold, но это можно сделать и с помощью термоусадки или холодной усадки , заправляя и вбивая заправленный металл в себя, или используя молоток и тележку для холодной усадки. Для растяжения или сжатия фланца требуется молоток и тележка правильного профиля. Молоток и тележка должны соответствовать желаемой форме фланца в точке контакта через фланец (известный как звон тележки) с молотком. Многочисленные работы по усадке или растяжению приводят к затвердеванию фланца и могут вызвать трещины и разрывы. Хотя их можно сваривать, гораздо лучше перед этим отжечь металл, чтобы восстановить его работоспособность.

Английское колесо — лучший инструмент для квалифицированного мастера при работе с низкой коронкой, чем ручная обработка молотком . Строгание вручную с использованием тележек и напильников или строгального молотка после формирования молотком очень трудоемко. Использование молотка грушевидной формы и мешка с песком для растягивания листового металла ( опускание ) или подъема на столбе ускоряет изготовление более высоких секций короны. (Кол - это тележка, которая может быть намного больше, чем ручные тележки, обычно с сужающейся отливкой квадратного сечения под ней. Это делается для установки ее в тиски верстака или в соответствующее отверстие с внутренней резьбой в наковальне с клювом, используемое кузнецами. и кузнецы.) Пневматический молот или электрический молот еще быстрее. Английский круг очень эффективен при строгании (для чего он был первоначально запатентован в Англии) для получения окончательной гладкой поверхности после этих процессов.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Паркер, Дана Т. Строительство Победы: производство самолетов в районе Лос-Анджелеса во время Второй мировой войны, с. 89, Сайпресс, Калифорния, 2013 г. ISBN 978-0-9897906-0-4 .
^ Смит, Сэм (14 июля 2015 г.). «Как эта средневековая машина превращает плоский металл в красивые кузова автомобилей» . Дорога и трек .
^ "Дом" . Архивировано из оригинала 22 января 2008 г. Проверено 5 октября 2009 г.
^ «Как работают гоночные автомобили NASCAR» . Auto.howstuffworks.com . 21 марта 2001 года . Проверено 25 октября 2021 г.
^ Уайт, Кент. «Катаясь вместе с колесом». Главная Магазин Журнал «Машинист» , Выпуск: Том. 27 № 5, сентябрь – октябрь 2008 г.

Дальнейшее чтение

Взгляд американца на английское колесо» . Кент Уайт «
«Продвинутые методы английского колеса» , Кент Уайт.
Рон Фурнье (1990). Справочник производителя металла . Пингвин. ISBN 0-89586-870-9 .
Рон Фурнье (1989). Справочник по листовому металлу . Пингвин. ISBN 0-89586-757-5 .
Тим Ремус (1999). Окончательное изготовление листового металла . Публикации Вольфганга. ISBN 0-9641358-9-2 .
Тим Ремус (2003). Расширенное изготовление листового металла . Публикации Вольфганга. ISBN 1-929133-12-Х .
А. Робинсон, Вашингтон Ливси (2006). Ремонт кузовов транспортных средств . Рутледж. ISBN 978-0-7506-6753-1 .
Мастерство изготовления прототипа кузова из листового металла и кузовостроения: Том III, Эллиот Кударси.
«Изучение английского колеса», Уильям Х. Лонгьярд.

Внешние ссылки

[autogenerated1-1] Перейти обратно: ^а ^б Паркер, Дана Т. Строительство Победы: производство самолетов в районе Лос-Анджелеса во время Второй мировой войны, с. 89, Сайпресс, Калифорния, 2013 г. ISBN 978-0-9897906-0-4 .

[2] Смит, Сэм (14 июля 2015 г.). «Как эта средневековая машина превращает плоский металл в красивые кузова автомобилей» . Дорога и трек .

[3] "Дом" . Архивировано из оригинала 22 января 2008 г. Проверено 5 октября 2009 г.

[4] «Как работают гоночные автомобили NASCAR» . Auto.howstuffworks.com . 21 марта 2001 года . Проверено 25 октября 2021 г.

[5] Уайт, Кент. «Катаясь вместе с колесом». Главная Магазин Журнал «Машинист» , Выпуск: Том. 27 № 5, сентябрь – октябрь 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]